基于環(huán)境地理信息平臺的預警系統(tǒng)的構建

郭新宇

（深圳市環(huán)境信息中心，深圳 518000）

隨著社會經濟的高速發(fā)展, 中國已逐漸進入了環(huán)境污染事故多發(fā)期，生態(tài)破壞和環(huán)境污染在接下來的一段時期內呈不斷上升的趨勢。比如，福建紫金礦業(yè)紫金山銅礦濕法廠發(fā)生的銅酸水滲漏事故，造成了九千多立方米的污水流入汀江、沿岸居民的飲水安全受到威脅的嚴重后果。

鑒于環(huán)境污染事故的巨大危害性, 快速、有效的應急監(jiān)測和現場處置顯然非常重要，而有效的處置有賴于強大的應急信息系統(tǒng)為其提供的現場處置的有效信息。應急系統(tǒng)的構建比較復雜，包括整合軟件、硬件、網絡通訊等設備和組織協(xié)調各級別領導意見、現場處置小組人員、監(jiān)測車輛的調度等各方面的要素。環(huán)境應急信息系統(tǒng)的建設目的是整合數據信息流，提供應急數據的共享和交互，為應急事故指揮與決策提供有力的支持。

1.環(huán)境污染應急處置的難點與信息需求

1.1 環(huán)境污染類型

環(huán)境污染按污染性質可分為大氣污染、水污染、固體污染和放射性污染等; 按空間分布特征又可分為點源污染、線源污染（如汽車尾部排放的氣體），以及面源污染。在實際處理中，水污染應急事故屬于最棘手的，對污染造成的傷害也是比較大的。

1.2 環(huán)境污染處置難點

在環(huán)境污染事故發(fā)生后，事故應急車如何能在第一時間到達現場？應急處置人員如何盡快得到現場污染物的詳細信息，并得到對應的處置方案？這些問題都迫切地需要得到好的解決方案?？傮w來講，環(huán)境事故應急有以下的幾大難點：

（1）應急事故的第一要素是“急”。環(huán)境事故多發(fā)生得很突然，事故發(fā)生所泄露的化學品或企業(yè)排放的污染物往往短時間內就可以污染大片的區(qū)域，對人民群眾的生命安全造成了極大地威脅，并對區(qū)域內的生態(tài)環(huán)境造成難以修復的危害。為了盡量減少環(huán)境和民眾的安全損失，就要求環(huán)境應急處置人員在較短的時間內到達現場，并迅速做出科學、合理的決策，對污染現場做出監(jiān)測和處置，保護民眾的健康、安全，將經濟財產損失降到最低程度。根據深圳自身產業(yè)規(guī)劃的特點，由于企業(yè)的位置往往設在較偏僻的地區(qū)如寶安、龍崗等工業(yè)區(qū)，污染事故的發(fā)生地對應急車輛來說很陌生，這加大了應急處置人員在第一時間到達現場的難度，很可能耽誤應急處置的時機。

（2）事故發(fā)生地的現場環(huán)境比較復雜，可能會影響應急人員的判斷。如果事故發(fā)生地點在工業(yè)園區(qū)，企業(yè)眾多，污染物的特性光從眼觀和初步檢驗無法測出時，就很可能導致應急人員做出錯誤的判斷，造成不必要的損失。要避免這種情況的發(fā)生，就要求應急處置系統(tǒng)有足夠強大的污染源數據庫，并根據事發(fā)地所處的區(qū)域，能調用地理信息系統(tǒng)的底圖來劃出可能造成此類污染的企業(yè)和污染物的詳細信息。并將此類信息提供給現場人員，以幫助他們盡快得出污染物類型和處置的最佳方案。

（3）移動處置中，如何解決通訊難的問題。因為現場處置小組和指揮中心需要一直保持聯系，并對指揮中心的指令如何執(zhí)行給予及時反饋。應急系統(tǒng)的運用和調用地圖等操作均離不開網絡傳輸，要在移動的處置現場和中心網絡保持連接，并且地圖的調用需要保持一定的傳輸速率，采用移動上網的方式遠遠不能夠滿足系統(tǒng)所需要的速率，這在應急系統(tǒng)設計時是一大難點。

1.3 環(huán)境污染應急處置對應急處置系統(tǒng)的信息需求

環(huán)境污染事故應急處置系統(tǒng)中各項功能的實現,離不開基礎污染源數據庫和GIS地理信息系統(tǒng)的底層支撐作用。應急處置需要的數據信息不僅包括污染物信息，政策法規(guī)，還有專家信息，車輛信息，設備信息，智庫系統(tǒng)，應急監(jiān)測信息以及水、氣等模型信息?？傮w來講，應急處置所需的數據可分為靜態(tài)數據和動態(tài)數據兩大類。

（1）靜態(tài)數據包括危險源信息，危險化學品信息、放射源信息、政策法規(guī)、人員、車輛、設備信息和專家知識庫等等。這部分數據的特點是需要定期更新并由專人進行信息校對和維護，一旦應急事件發(fā)生就起到重要的作用。此部分的數據來源比較多，一般有監(jiān)管集成系統(tǒng)、移動執(zhí)法系統(tǒng)、固體廢物處理系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測管理系統(tǒng)等，均對環(huán)境數據中心提供源數據。環(huán)境數據中心的作用不僅僅是收集源數據，不對其進行加工處理。而是以建立完整的環(huán)境數據資源目錄的形式，在對源數據收集齊的基礎上，對源數據進行加工、梳理，解決了數據存儲地點分散、搜尋不易、難以實際應用的難題，應急系統(tǒng)可以按應用需要調用信息資源分類目錄、主題目錄和其他目錄提供共享和服務。

（2）動態(tài)信息包括接警登記信息、任務指派、通訊系統(tǒng)、現場監(jiān)測信息、事故調查報告、處置信息等。這部分信息是對基礎污染信息的積累和提升，對事故應急處置成功與否起到了重要的作用。這部分信息主用由應急處置系統(tǒng)登記和生成處理表單，并在現場處置人員的設備上同步。處置人員在填寫完處理單以后，可以發(fā)送回指揮中心，以達到指揮中心和現場人員信息同步的要求。

2.應急信息系統(tǒng)的構建

2.1 事故應急響應流程

按照處置應急事故的時間次序，事故應急響應流程可以分為：接警登記-調查安排-事故確認-任務指派-方案生成-應急處置-事故終止七個階段，當然在事故處理完成以后還有后續(xù)事故現場環(huán)境監(jiān)測，這不屬于應急處置這一范疇。根據七個不同階段，對應有接警臺、GIS地理信息系統(tǒng)、應急處置系統(tǒng)、應急指揮系統(tǒng)、對現場處置人員起指揮作用。對領導小組和專家來說，作決策同樣也需要信息系統(tǒng)的重要支持。以下將著重介紹扮演重要角色的GIS地理信息系統(tǒng)。

2.2 應急處置系統(tǒng)的主要功能

（1）將應急流程以工作流workflow的技術架構整合為環(huán)境應急預案，形成完整的可監(jiān)督環(huán)境業(yè)務體系；

（2）使用數據中心數據資源倉庫技術，重點存儲環(huán)境污染有關污染源信息，與存在有污染隱患的企業(yè)單位的空間位置數據、特征信息以及污染物種類、擴散范圍、危化品信息等；

（3）以GIS 地理信息系統(tǒng)作為展示平臺，在矢量地圖上調用環(huán)境數據中心提供的環(huán)境數據、企業(yè)數據，并支持專題數據查詢和業(yè)務帶圖運行。提供足夠的空間信息供領導的應急決策使用。

（4）建立與地理信息系統(tǒng)相結合的水網絡數據模型，將重點流域的污染源、污水處理廠的空間拓撲關系加入模型中描繪，實現污染源的排放去向和影響路徑的查找。對河流和水庫導則模型的功能和EFDC河海灣模型進行優(yōu)化，實現水環(huán)境質量的實時動態(tài)模擬、污染原因分析。并建立環(huán)境質量、污染源監(jiān)測、模型實時動態(tài)模擬的一體化的水環(huán)境質量分析與預警系統(tǒng)。針對應急事故對環(huán)境大氣可能造成的嚴重污染，空間質量分析模型將基于地理信息系統(tǒng)的大氣導則模型，中尺度氣象場的自動模擬（MM5）和多尺度空氣質量預報模式（CMAQ）采用B/S架構搭建。

（5）依托環(huán)保政務外網與移動通訊網絡共同構建應急網絡平臺，滿足環(huán)境應急、事故處理需要；

（6）建立環(huán)境應急指揮中心，購置投影大屏幕和通訊對講設備等和應急系統(tǒng)的應用緊密結合，起到監(jiān)控、指揮應急事故現場的作用。

圖1 污染源在流域圖中的展示

2.3 應急處置系統(tǒng)的設計要求

應急處置系統(tǒng)是現場人員的信息技術保障。為了保障應急事故處置方案制定的快捷、有效,系統(tǒng)的設計應當達到以下幾點要求:

（1）應當預先將應急監(jiān)測技術法規(guī)及應急監(jiān)測手冊納入到應急系統(tǒng)里面來作為現場監(jiān)測作業(yè)指導書使用，系統(tǒng)以快捷查詢、方便、實用為目的，為監(jiān)測人員提供有用的工具。

（2）建立和完善重點危險污染源數據庫。結合日常污染源監(jiān)測,定期開展危險污染源調查和核查,并結合環(huán)境監(jiān)管集成系統(tǒng)的原始數據和環(huán)境監(jiān)察支隊數據,建立包括危險污染源位置、污染物種類和數量、污染物特性和已有處理方法在內的污染源數據庫,并根據污染源變化情況定期加以完善。建立本地區(qū)常見突發(fā)性污染事故（水污染、大氣污染、危險固廢污染）處置應急監(jiān)測預案。

（3）以GIS地理信息系統(tǒng)為基礎，建立和完善環(huán)境事故影響模型，充分考慮污染物擴散受地形和植被、氣象等因素影響的特點，不斷優(yōu)化模型的算法，直至達到能對決策起重大指導作用。

（4）建立和完善專家咨詢系統(tǒng)。根據所轄區(qū)危險污染源情況,建立符合國家規(guī)范標準、監(jiān)測分析方法、事故處理、信息系統(tǒng)等方面的專家咨詢系統(tǒng)。

2.4 系統(tǒng)架構圖

監(jiān)管集成系統(tǒng)、移動執(zhí)法系統(tǒng)等幾大業(yè)務系統(tǒng)是數據產生區(qū)，通過錄入表單，源源不斷產生有效的數據。數據中心是通過收集靜態(tài)數據和幾大業(yè)務系統(tǒng)的源數據而建成，環(huán)境數據中心是個數據倉庫，里面的數據內容包含了眾多的環(huán)境相關基礎信息。通過全面梳理環(huán)境管理業(yè)務需求后形成有序的環(huán)境數據資源目錄供利用。數據中心梳理好的數據資源供GIS系統(tǒng)和應急處置系統(tǒng)調用，在GIS的地圖上，可直觀地將污染屬性信息以圖形方式顯示在屏幕上。

3.GIS地理信息系統(tǒng)在應急處置系統(tǒng)中的重要作用

3.1 GIS環(huán)境地理信息系統(tǒng)的特點決定了其在應急處置的應用

圖2 系統(tǒng)架構圖

由于應急處置的特點決定了處置過程當中，需要融合大量的空間數據和屬性數據、以及環(huán)境法律法規(guī)信息、甚至視頻、音頻等多媒體信息。因此,應急處置系統(tǒng)的設計尤其空間與屬性數據的協(xié)同管理是系統(tǒng)建設的關鍵。GIS恰恰擁有空間和屬性數據完美結合的特點，故GIS在應急處置系統(tǒng)中當之無愧的起到了頂梁柱的作用。

3.2 GIS 在環(huán)境事故應急處置系統(tǒng)中的作用包括：

（1）完美結合空間數據和附近的污染源企業(yè)數據，易于分析事故的成因和對應處置方案。GIS與環(huán)保局的核心業(yè)務系統(tǒng)的數據庫無縫集成，提供統(tǒng)一的地圖服務，當環(huán)境污染應急處置需要快速展現大量空間和屬性數據的時候, GIS 能調用數據中心的數據庫，將屬性、空間數據一體化地展現在統(tǒng)一的平臺上,并可以實現污染數據查詢、統(tǒng)計、分析等需求。

（2）提供多種決策的工具和手段。例如在監(jiān)測車輛到達事故現場的路上，可以計算找到最佳路徑的方法。例如在污染發(fā)生以后，通過將GIS底圖疊加，先行定位污染事故發(fā)生現場，然后將污染的區(qū)域和深圳河流水系圖進行疊加分析，可以評估污染的擴散方向及可能對周圍環(huán)境的影響?？梢詫⒃u價的結果制作成專題圖，并共享給現場處置人員為他們提供直觀的處置依據。

圖3 事故發(fā)生點地理信息

圖4 查看事故具體信息

圖5 MM5模擬的流場

（3）為了現場人員使用的便捷，最好將地理信息系統(tǒng)的架構設定為基于WEB-GIS、B/S體系結構上實現。由于環(huán)境應急事故都需要進行移動處理的，故平臺的兼容性、易接入性要求很好。用戶應該能在任意的客戶端上，遠程調用基礎底圖和調用污染物數據查詢、編輯，提供和管理與環(huán)保有關的空間數據和各種基于3維空間系統(tǒng)信息服務的統(tǒng)一平臺。在有權限的賬號下能實現空間地圖制作、某個確定區(qū)域的空間分析與污染物的統(tǒng)計等功能。

（4） GIS與模型相結合，為決策提供支持：針對應急事故多對水源、大氣造成嚴重污染的狀況，應急系統(tǒng)建立了基于GIS系統(tǒng)的河流導則模型，針對應急事故發(fā)生的流域，可以進行對所處水環(huán)境和下游的污染影響分析和預測。通過結合EFDC河海灣模型，可以在應急指揮中心的大屏幕上直觀、動態(tài)地演示水文動力流域和污染物的擴散過程。采用水網絡數據模型，建立部分重要的流域污染源、污水管網、污水處理廠、河流網絡和監(jiān)測斷面的空間拓撲關系，在應急事故發(fā)生時可實現污染源的排放去向和影響路徑的查找，影響監(jiān)測斷面水質污染源的查詢和統(tǒng)計。通過環(huán)境質量、污染源在線監(jiān)測系統(tǒng)獲得的數據,在實現水環(huán)境質量的現狀評價，動態(tài)模擬與分析的基礎上，實現重大污染事故預警功能；針對應急事故對環(huán)境大氣可能造成的嚴重污染，空間質量分析模型將基于地理信息系統(tǒng)的大氣導則模型，中尺度氣象場的自動模擬（MM5）和多尺度空氣質量預報模式（CMAQ）采用B/S架構搭建，在地理信息平臺的多維度底圖上能直觀地看到區(qū)域空氣流動、污染物的擴散過程；結合氣象等部門提供的數據，我們將能夠動態(tài)回溯空氣環(huán)境變化過程，通過過程的變化可以實現污染將對大氣質量產生的影響，并有助于分析更好的治理方案。

3.3 GIS系統(tǒng)中屬性數據的來源

監(jiān)管集成系統(tǒng)、移動執(zhí)法系統(tǒng)等環(huán)保業(yè)務系統(tǒng)均可以為環(huán)境數據中心提供必要的源數據，當中重要的環(huán)境數據如企業(yè)位置、污染物的種類、有產生污染隱患的生產設施、倉庫等等均在數據中心詳細記錄，通過GIS地理信息平臺清晰、全面地顯示出來。

4.結論

由此可見，建立環(huán)境應急處置系統(tǒng)，在以GIS系統(tǒng)為平臺，以環(huán)境數據中心為基礎數據庫的前提下，在完善的網絡和軟、硬件支撐下，形成信息流產生、流轉、存儲的一套完整體系，集成了GIS地圖顯示和環(huán)境數據中心數據的應急處置系統(tǒng)，將環(huán)境應急事故處置水平推向一個更高的層次，才能滿足對環(huán)境事故“預防為主、反應迅速、指揮暢通”的工作要求，這對從根本上改善環(huán)境安全形勢、提升環(huán)境監(jiān)管工作能力起到重要的意義。

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